(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に凸凹形状を有し、前記凸凹形状の表面、側面および底面に形成された基板電極を備えるパッケージ基板と、
チップ基板、半導体層およびチップ電極が順次積層され、前記チップ電極が前記パッケージ基板の前記上面に対向して配された発光ダイオードチップと、
前記発光ダイオードチップの前記チップ電極を前記パッケージ基板の前記上面に接合させる、共融合金からなる導電性接着物と
を含み、
前記発光ダイオードチップを前記パッケージ基板に接合するときに前記導電性接着物のうち余分の接着物が前記上面の外へはみだして前記半導体層同士の電気的ショートを引き起こさないように、前記凸凹形状および前記基板電極により前記余分の導電性接着物を収納する、接合用溝部が前記パッケージ基板の前記上面に形成され、
前記基板電極は、前記側面から連続的に前記発光ダイオードチップの周縁よりも外側へ延在していることを特徴とする発光ダイオードパッケージ。
【請求項２】
前記チップ電極と前記基板電極は、共融接合されていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項３】
前記チップ電極は、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｎｉ、Ａｕ−Ｇｅ、Ａｕ−Ｓｉ、Ａｕ、Ｓｎ及びＮｉからなるグループから選択された材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項４】
前記基板電極は、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｎｉ、Ａｕ−Ｇｅ、Ａｕ−Ｓｉ、Ａｕ、Ｓｎ及びＮｉからなるグループから選択された材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項５】
前記チップ電極はＡｕ−Ｓｎ層で形成され、前記基板電極はＡｕ層で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項６】
前記チップ電極はＡｕ層で形成され、前記基板電極はＡｕ−Ｓｎ層で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項７】
前記接着物は、クリームソルダーであることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項８】
前記パッケージ基板は、金属、セラミック、ＦＲ４、ポリイミド、ＳｉまたはＢＴレジンで形成されたことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項９】
前記パッケージ基板と前記基板電極との間に形成されたメッキ層をさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項１０】
前記メッキ層は、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｌ及びＡｇからなるグループから選択された材料を含むことを特徴とする請求項９に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項１１】
前記発光ダイオードチップは前記パッケージ基板の接合面に付着され、
前記接着物はエポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項１２】
前記エポキシ樹脂は、Ａｇエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１１に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項１３】
前記接合用溝部は、網模様で形成されたことを特徴とする請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項１４】
前記接着物は、前記接合用溝部を完全に埋め立てることを特徴とする請求項１から請求項１３までのいずれか一項に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項１５】
前記接合用溝部の断面は、四角形、三角形または半球形であることを特徴とする請求項１から請求項１４までのいずれか一項に記載の発光ダイオードパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（以下、ＬＥＤともする）パッケージに関するものであって、より詳しくは、チップボンディング用接合物による半導体層同士のショート（Ｓｈｏｒｔ）を防ぎ、ＬＥＤチップと基板との間に優れた接合強度を有する発光ダイオードパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体ＬＥＤは、公害を起こさない親環境性光源として様々な分野において注目を浴びている。最近、単色光を放出するＬＥＤ素子は、波長変換用蛍光体と結合して他の発光波長を提供する形態で応用されている。このようなＬＥＤ製品は、様々な構造のＬＥＤチップをパッケージ基板上に接合して製造する。
【０００３】
図１は、従来の一例として垂直構造の発光ダイオードチップが実装された発光ダイオードパッケージを示した断面図である。図１を参照すると、ＬＥＤパッケージ１０は、パッケージ基板１１とパッケージ基板１１上に実装された垂直構造ＬＥＤチップ１２とを含む。このＬＥＤチップ１２は、チップ基板（１２ａ；例えば、ＳｉＣ基板）上に順次積層された半導体層１２ｃとチップ電極１２ｂとを含む。パッケージ基板１１は、上面に形成された基板電極１１ａ、１１ｂを備える。上記半導体層１２ｃは、ｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を含み、チップ基板１２ａ及びチップ電極１２ｂを通じて電力の供給を受け上記活性層から光を放出する。チップ基板１２ａは、ワイヤを通じて基板電極１１ａに電気的に連結され（ワイヤボンディング）、チップ電極１２ｂはＰｂ−Ｓｎなどの導電性接着物１３を通じて基板電極１１ｂにボンディングされる（チップボンディング）。
【０００４】
通常、チップボンディングのためには、ＬＥＤチップ１２を基板１１に接着する時、熱及び圧力を加えることになる。この際、圧力によって上記接着物１３が横方向に突出され発光ダイオードチップ１２内部の半導体層１２ｃ（ｎ型 半導体層、活性層、ｐ型半導体層）同士の電気的ショートを引き起こし得る問題点がある。このような半導体層同士の電気的なショートは、発光ダイオードチップの機能を喪失させる重大な問題点である。また、より高い製品信頼性を確保するためには、チップボンディングされたＬＥＤチップ１２とパッケージ基板１１との間の接合強度をさらに向上させるべきである。
【０００５】
このような電気的ショートを防ぐため、基板電極１１ｂ上の接合面にフラックス（Ｆｌｕｘ）を形成することにより、別途の圧力を印加することなく、熱によりＬＥＤチップ１２をパッケージ基板１１に接合させる方案が提示された。しかし、このようなフラックスは基板を腐食させると共に、ＬＥＤパッケージの熱抵抗を上げて放熱特性を劣化させる。
【０００６】
一方、水平構造ＬＥＤチップを使用したＬＥＤパッケージにおいても、ＬＥＤチップとパッケージ基板との間の接着力が衰える問題点があり、このような問題も改善される必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の問題点を解決するため、本発明の目的は、発光ダイオードのチップボンディング時、接着層による半導体層同士の電気的ショート現象を防ぐことにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、パッケージ内に実装された発光ダイオードチップとパッケージ基板との間の接合強度を強化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成すべく、本発明による発光ダイオードパッケージは、パッケージ基板と、上記パッケージ基板の上面に接合された発光ダイオードチップと、上記発光ダイオードチップを上記パッケージ基板に接合させる接着物とを含み、上記パッケージ基板の接合面には上記接着物を収納する接合用溝部が形成されている。
【００１０】
本発明の一実施形態によると、上記ＬＥＤチップは、上記パッケージ基板に接合されるチップ電極を有する垂直構造ＬＥＤチップであることが出来る。
【００１１】
上記ＬＥＤチップが上記パッケージ基板に接合されるチップ電極を有する垂直構造ＬＥＤチップの場合、上記接着物は共融合金であることが出来る。この場合、上記パッケージ基板上には基板電極が形成されており、上記チップ電極と上記基板電極は共融接合されることが出来る。
【００１２】
上記チップ電極が基板電極に共融接合される場合、上記チップ電極は、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｎｉ、Ａｕ−Ｇｅ、Ａｕ−Ｓｉ、Ａｕ、Ｓｎ及びＮｉからなるグループから選択された材料を含むことが出来る。また上記基板電極は、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｎｉ、Ａｕ−Ｇｅ、Ａｕ−Ｓｉ、Ａｕ、Ｓｎ及びＮｉからなるグループから選択された材料を含むことが出来る。例えば、上記チップ電極はＡｕ−Ｓｎ層で形成され、上記基板電極はＡｕ層で形成されることが出来る。逆に、上記チップ電極がＡｕ層で形成され、上記基板電極がＡｕ−Ｓｎ層で形成されることも出来る。
【００１３】
本発明によると、上記接合物は（共融接合により生じた）共融合金の外にも様々な材料から形成されることが出来る。例えば、上記接合物はＰｂ−Ｓｎなどのクリームソルダーであることも出来る。
【００１４】
上記パッケージ基板は、金属、セラミック、ＦＲ４、ポリイミド、ＳｉまたはＢＴレジンで形成されることが出来る。上記ＬＥＤパッケージは、上記パッケージ基板と上記基板電極との間に形成されたメッキ層をさらに含むことができ、この場合、上記メッキ層はＡｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｌ及びＡｇからなるグループから選択された材料を含むことが出来る。
【００１５】
本発明の他の実施形態によると、上記ＬＥＤチップは、サファイア等の絶縁性基板を有する水平構造ＬＥＤチップであることが出来る。この場合、上記ＬＥＤチップの上記絶縁性基板は上記パッケージ基板の接合面に付着され、上記接着物はエポキシ樹脂を含むことが出来る。上記エポキシ樹脂は、特にＡｇエポキシ樹脂であることが出来る。
【００１６】
好ましくは、上記接合用溝部は網状で形成される。また上記接着物は、上記接合用溝部を完全に埋め立てることが好ましい。上記接合用溝部の断面模様は四角形、三角形または半球形など様々な形態からなることが出来る。
【００１７】
本発明によると、チップボンディングされる上記パッケージ基板の接合面に接合用溝部が形成されている。このような溝部は、接着物を収納し接着物の通路を提供することにより、余分の接着物による電気的ショート現象を防ぐ。また上記接合用溝部は、チップボンディングされたＬＥＤチップとパッケージ基板との間の接着力を強化させる役割をする。電気的ショートの防止及び接着力の強化のため、好ましくは上記接合用溝部は網状で形成されている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、パッケージ基板の接合面に余分の接着物を収納する接合用溝部を形成することにより、接着物による半導体層の電気的なショートを効果的に防ぐことが出来る。また、上記接合用溝部は接合面に凸凹断面を提供することにより、ＬＥＤチップとパッケージ基板との間の接合強度を高めることになる。これによって、高い信頼性を有するＬＥＤパッケージを容易に具現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照に本発明の実施形態及び効果に関して詳しく説明する。本発明の実施形態は、様々な形態に変形されることができ、本発明の範囲が以下に説明する実施形態に限られるのではない。本発明の実施形態は、当業界において平均的な知識を有している者に本発明をより完全に説明するため提供される。従って、図面において要素の形状及び大きさ等はより明確な説明のために誇張されることができ、図面上の同一符号で表示される要素は同一要素である。
【００２０】
図２は、本発明の一実施形態による発光ダイオードパッケージの断面図である。図２を参照すると、発光ダイオードパッケージ１００は、ＬＥＤチップ１２０とこれを実装するパッケージ基板１１０とを含む。上記ＬＥＤチップ１２０は、ＳｉＣなどの導電性材料からなるチップ基板１２１を含む垂直構造ＬＥＤチップである。チップ基板１２１上には半導体層１２３が形成されている。この半導体層１２３は、第１導電型半導体層１２３ａ、活性層１２３ｂ及び第２導電型半導体層１２３ｃを含む。ここで、第１導電型及び第２導電型は、各々ｎ型及びｐ型であることが出来る。また、第１導電型及び第２導電型は、各々ｐ型及びｎ型であることが出来る。またＬＥＤチップ１２０は、パッケージ基板１１０の接合面側に向いて接合されているチップ電極１２２を含む。半導体層１２３は、チップ基板１２１とチップ電極１２２から印加された電圧により電流の供給を受け、活性層１２３ｂから光を放出する。
【００２１】
上記パッケージ基板１１０は、上面に形成された基板電極１１１を備える。上記パッケージ基板１１０と上記基板電極１１１との間には、メッキ層１１２が形成されることが出来る。このメッキ層１１２は、例えばＡｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｌ及びＡｇからなるグループから選択された材料で形成されることが出来る。基板電極１１１は、チップ電極１２２と接合されてチップ電極１２２に電圧を供給するための一電極を成す。基板電極１１１とチップ電極１２２とは、導電性接着物１３０により接合される。
【００２２】
図２に図示された通り、パッケージ基板１１０の接合面には、余分の導電性接着物１３０を収納できる接合用溝部１１３が設けられている。従来のように接合面が平らな場合（図１参照）、チップボンディング時に加わる圧力によって、余分の導電性接着物１３０が接着面の外へ突出されることが出来る。しかし、上記接合用溝部１１３は、このような余分の導電性接着物１３０を収納することにより、接着物１３０が接合面の外部へ押し出されないようにする役割をする。これによって、従来の問題であった半導体層１２３同士の電気的ショート現象が効果的に抑えられる。
【００２３】
また上記接合用溝部１１３は、接合部の断面を凸凹形態にすることにより、実質的な接合面積の増加をもたらし、パッケージ基板１１０とＬＥＤチップ１２０との間の接合強度を強化させる役割をする。このようなチップボンディング時の接合強度強化の効果は、垂直構造ＬＥＤチップのボンディングだけでなく水平構造ＬＥＤチップのボンディングからも得られる（これに関して後述する）。
【００２４】
上記接合用溝部１１３の平面の模様は、様々な形態で作られることが出来る。特に、上記接合用溝部１１３は網状を有することが好ましい。このような網状の接合用溝部１１３の一例が図４に図示されている。図４を参照すると、パッケージ基板１１０の接合面には網状の接合用溝部１１３が形成されている。このような網状の接合用溝部１１３は、接着物１３０のための通路を提供することにより、チップボンディング時に余分の導電性接着物１３０を効果的に収納することになる。
【００２５】
上記接合用溝部１１３の断面模様も様々な形態で作られることが出来る。図２では大体四角形模様の断面を有する接合用溝部１１３が図示されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記接合用溝部１１３の断面形態は三角形または半球形であることが出来る。このような接合用溝部１１３は、パッケージ基板１１０に対する化学的エッチング、パンチングまたはスタンピング工程などを通じて形成されることが出来る。
【００２６】
図２に図示された通り、導電性接着物１３０は、接合用溝部１１３を完全に埋め立てることが好ましい。基板電極１１１と導電性接着物１３０との間に空き空間（または空気）が生じると、接着力強化の効果を低減させたり、放熱特性を低減させることがあり得るためである。従って、接合用溝部１１３の深さは導電性接着物１３０の厚さによって適切に調節されることが好ましい。
【００２７】
本発明の一実施形態によると、パッケージ基板１１０と上記ＬＥＤチップ１２０は、共融接合により接合されることが出来る。この場合、導電性接着物１３０は共融接合時に発生した共融合金となる。パッケージ基板１１０と上記ＬＥＤチップ１２０との間の共融接合は、共融接合が可能な金属を使用した基板電極１１１とチップ電極１２２との間で起きる。
【００２８】
基板電極１１１とチップ電極１２２との間の共融接合のため、上記チップ電極１２２は、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｎｉ、Ａｕ−Ｇｅ、Ａｕ−Ｓｉ、Ａｕ、Ｓｎ及びＮｉからなるグループから選択された材料で形成されることが出来る。また、基板電極１１１もＡｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｎｉ、Ａｕ−Ｇｅ、Ａｕ−Ｓｉ、Ａｕ、Ｓｎ及びＮｉからなるグループから選択された材料で形成されることが出来る。
【００２９】
好ましい一実施例として、チップ電極１２２をＡｕ−Ｓｎで形成し、基板電極１１１をＡｕで形成することが出来る。例えば、チップ電極１２２をＡｕ：Ｓｎの重量比が８：２のＡｕ−Ｓｎで形成し、基板電極１１１をＡｕで形成することが出来る。このようなＡｕ−Ｓｎチップ電極１２２をＡｕ基板電極１１１に接触させた状態で熱及び圧力を加えると、両電極１２２、１１１の接触部が溶けて両電極１２２、１１１の界面からＡｕ−Ｓｎ共融混合物（共融合金）が作られることになる。この共融合金は一定のＡｕ：Ｓｎ組成比を有し導電性接着物１３０の役割をすることになる。共融合金からなる導電性接着物１３０により、ＬＥＤチップ１２０は基板電極１１１に強く付着される。このような共融接合方式は、高い接合強度を実現させることが出来ると共に、外部から別途の接着物を塗布する必要がないという長所を有する。好ましい他の実施例として、チップ電極１２２をＡｕで形成し、基板電極１１１をＡｕ−Ｓｎで形成することも出来る。
【００３０】
ＬＥＤチップ１２０は、（上記の共融接合により生じた）共融合金以外の様々な接着物により、上記パッケージ基板１１０に接合することが出来る。例えば、ＬＥＤチップ１２０は、Ｐｂ−Ｓｎ等のクリームソルダーからなる別途の接着物１３０を使用してパッケージ基板１１０に接合することが出来る。このようなクリームソルダーは、チップボンディング前にチップ電極１２２または基板電極１１１上に予め塗布されることが出来る。
【００３１】
パッケージ基板１１０は、ＬＥＤチップ１２０の実装用サブマウントとして機能すると共に、ＬＥＤチップ１２０から発生した熱を外部へ放出するヒートシンク（ｈｅａｔ  ｓｉｎｋ）の役割もする。従って、パッケージ基板１１０は、熱伝導性に優れたＡｌ（アルミニウム）またはＣｕ（銅）などの金属、セラミックまたはＳｉで形成されることが好ましい。他にもパッケージ基板１１０は、通常使用されるＦＲ４、ポリイミド、またはＢＴレジンで作られることも出来る。上記ＬＥＤチップ１２０から発生した熱を外部へ容易に放出させるため、上記接合用溝部１１３は、接着物１３０により完全に埋め立てられることが好ましい。接合用溝部１１３内に空き空間や空気がある場合、熱放出を妨げることが出来るためである。
【００３２】
図３は、本発明の他の実施形態による発光ダイオードパッケージの断面図である。図３の実施形態において、ＬＥＤチップ１２０’は、ｐ側電極１２２ａ’及びｎ側電極１２２ｂ’が同一側に配置された水平構造ＬＥＤチップである。ＬＥＤチップ１２０’は、サファイア等の絶縁性物質からなるチップ基板１２１’とその上部に形成された半導体層１２３’とを含む。半導体層１２３’は第１導電型（例えば、ｐ型）半導体層１２３ａ’、活性層１２３ｂ’及び第２導電型（例えば、ｎ型）半導体層１２３ｃ’を含む。
【００３３】
パッケージ基板１１０’の上面には、メッキ層１１２’と基板電極１１１’が形成されている。パッケージ基板１１０’、メッキ層１１２’及び基板電極１１１’は、前述の実施形態（図２参照）から説明したような材料で形成されることが出来る。ＬＥＤチップ１２０’のチップ基板１２１’は、接着物１３０’を通じてパッケージ基板１１０’の接合面に付着されている。接着物１３０’としては、エポキシ樹脂、特に熱伝導性に優れたＡｇ（銀）エポキシ樹脂を使用することが好ましいが、本発明はこれに限定されない。
【００３４】
図３に図示された通り、本実施形態においても、パッケージ基板１１０’の接合面には、上記接着物１３０’を収納する接合用溝部１１３’が形成されている。この接合用溝部１１３’は接合面積を増加させることにより、ＬＥＤチップ１２０’とパッケージ基板１１０’との間の接合強度を上げる役割をする。即ち、溝部１１３’の側面と底面を接合面積として用いると共に、接合面に凸凹断面を提供するため、従来に比べて高い接合強度が得られることになる。特に、接合用溝部１１３’が図４に図示された通り、網状の平面パターンを有する場合、接合強度強化の効果は更に高くなる。
【００３５】
本発明は、上述の実施形態及び添付の図面により限定されず、添付の請求範囲により限定される。また、本発明は請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で様々な形態の置換、変形及び変更が出来るということは当技術分野の通常の知識を有している者には自明である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来の発光ダイオードパッケージの一例を示した断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による発光ダイオードパッケージを示した断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態による発光ダイオードパッケージを示した断面図である。
【図４】本発明の実施形態による発光ダイオードパッケージのパッケージ基板に形成された接合用溝部を示した平面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００、１００’  発光ダイオードパッケージ
１１０、１１０’  パッケージ基板
１１１、１１１’  基板電極
１１２、１１２’  基板メッキ層
１１３、１１３’  接合用溝部
１２０、１２０’  ＬＥＤチップ
１２１  チップ基板
１２２  チップ電極
１２３、１２３’  半導体層
１２３ａ、１２３ａ’  第１導電型半導体層
１２３ｂ、１２３ｂ’  活性層
１２３ｃ、１２３ｃ’  第２導電型半導体層
１３０、１３０’  接着物
【図１】
0005130443.tif 000002
【図２】
0005130443.tif 000003
【図３】
0005130443.tif 000004
【図４】
0005130443.tif 000005